振动时效处理及残余应力检测

振动时效是利用其共振的原理，即在激振器的周期性外力的作用下，当所施加给构件的动应力大于或等于材料的屈服极限时，构件内部因焊接等加工过程中产生的约束力即可得到有效的释放。这时经过振动处理以后所剩余的部分残余应力就会重新的进行分布，此时再经过一定时间的振动处理，这部分余下的残余应力就会处于明显均化状态，从而可以有效的保证构件的尺寸稳定性。振动时效具有投资少、见效快、无环境污染，节约生产成本等诸多优点。目前，已被我国的机械制造业广泛的应用，并且收到一定的效果。

受大连华锐重工起重机有限公司的委托，在工厂的生产现场对编号（2010）20225—2型冶金桥式起重机的小车架（材质：Q235B）焊接后进行了振动时效处理，同时进行了振动时效处理前后的残余应力测试，从而根据实际效果制定出符合生产实际的振动时效工艺规程。

一、        振动时效处理前的残余应力检测

为了准确得知振动时效对残余应力降低的实际效果，需要对小车架振动处理前后的残余应力分布状态进行检测，目前，国内经常采用的是盲孔法，该方法现场操作方便准确即在构件的焊缝处粘贴应变片，从中测得焊缝处的应变数据，经过计算得到该构件的原始应力此次为了更加准确得到数据，我们按标准要求共计选择10点进行检测。

二、        振动时效处理

本次工艺试验使用的振动时效设备是大连环宇振动时效科技开发有限公司生产的zs2008液晶显示振动消除应力系统，该设备具有手动功能、全自动功能、预置功能、局部预置和时间调整及显示振动过程中的动态参数曲线等功能，使用灵活、方便、参数直观可见。

       1、      小车架的支撑

 因为小车架的几何形状类似一条长梁形构件，根据振动时效工艺规定支撑在两侧沿长度的九分之二L（长度）处进行四点支撑.

2、      振动时效处理

1）     将小车架支撑好以后，根据其形状，将激振器用卡具刚性的固定在小车架的上表面减速箱壳体的端部上，先用设备的手动功能进行试振，最后确定是4400 转左右是该构件的共振频率。激振器的偏心档位在3档时所产生的振幅可以满足小车架的振动处理要求。故将激振力选定为3档，拾振器固定在与激振器平行的小车架另一端的直边角上面。如图所示

 2）  振动参数的确定

        得知小车架的固有频率是在4400转左右，该频率的前后都为无效频率段，以此选用设备的预置功能，设定扫频起始为4100转，扫频终止为4500转，启动后进入自动程序，快速升速到4100转时进入扫描状态。当扫描至4500转时自动确认小车架的亚共振点，进行自动处理，这样可以有效的节省工作时间及提高工作效率。

3）  振动时间的确定

        从进入自动处理的振动数据可以看出，前十分钟以前，小车架的振幅是逐渐下降的，说明经过振动处理以后构件内阻尼在减少，所以振幅逐渐下降。而经过振动十分钟以后，振幅的变化基本处于稳定状态（曲线中振幅突然下降是由于小车架下表面中间未焊接造成的），说明构件内部分子的结构趋于稳定，为了保证小车架的振动效果，确定振动时间为25分钟，这样可以保证小车架的应力更加均化。

4）  振动曲线的评定

从振动曲线可以看出，振动时效后比振动时效前频率降低了75转/分，振幅升高了1.2G，这说明小车架经过振动后的内部特性发生了改变，这符合JB/T5926一2005标准中的6.1条a — T曲线上升后下降，最终变平，及a — n曲线振后共振峰发生了单项特征或组合特征的变化（出现振幅升高、频率左移）的要求。(附：振动参数曲线图及标准)

三、        振动时效前、后的残余应力检测

在进行振动时效处理之前，我们对小车架进行了残余应力检测,

测试数据如表中所示。振动时效处理之后同样进行残余应力测试如表中数据所示。应力消除情况如下：

材料物理参数：

   E：0.21GPa

   u:  0.30

测试工艺参数：

孔径a:1.0mm             r1:2.0mm

r2:4.0mm

 测量数据：（振  前—振后）

1： -242   -118   121   -194    25     87

2： -257   -183   -70   -208   -151    -50

3： -277  -132    115   -143   -186    92

4： -363  -187    -129   -225  -137    -68

5： -706   -265   -120  -256   -115    -45

6： -575   -277    93   -279   -136    53

7： -518   -436    42   -282   -151    20

8： -636   -255    97   -253   -128    56

9： -685   -276    112  -285   -135    68

10： -625   -267    89   -247   -125    28

计算结果

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        б1（MPa）               б2(MPa)     θ    

测点 -----------------------------------  

     振前   振后   消除率%     振前   振后   消除率%

  1：142.70  116.50  -18.36       -33.24   -19.70  -40.74     

  2：193.23  154.99  -19.79       102.60   78.41  -23.57    

  3：168.28  80.02   -52.45       -21.72   -33.88  56.00 

  4：279.26  170.58  -38.92       165.84   94.49  -43.03  

  5：515.64  187.29  -63.68       231.62   85.02  -63.29

  6：379.91  182.69  -51.91       56.14    21.77  -61.22   

  7：351.02  191.70  -45.39       79.60    45.33  -43.06  

  8：421.45  163.99  -61.09       66.18    14.23  -78.50   

  9：452.34  183.70  -59.39       66.05    12.61  -80.90   

 10：415.49  165.71  -60.12       69.42    32.42  -53.30    

平均:331.93  159.72  -47.11       78.25    33.07  -43.16    

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四、结   论：

1、经过振动处理后的机体残余应力降低了47.11 %，并且振后的各点应力处于明显的均化状态，这完全符合JB/T5926一2005标准中要求。

2、振动时效处理的应力消除率高于标准中规定的大于30%的要求。

3、以上振动时效工艺参数选择合理有效，可以用于生产。